瞬變電磁探測(cè)可靠性影響因素及提升措施分析

閆 龑

（山西高河能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

水害是煤礦五大災(zāi)害之一，發(fā)生突水事故往往給礦井造成巨大的損失，特別是在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，由于待掘區(qū)域地質(zhì)情況掌握不清楚，掘進(jìn)工作面前方可能存在含水地質(zhì)構(gòu)造、異常富水區(qū)等，嚴(yán)重影響掘進(jìn)作業(yè)安全。瞬變電磁[1-3]作為一種常用的超前探水方法，具有操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)迅速、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)。但是，高河礦在利用瞬變電磁進(jìn)行井下探測(cè)時(shí)，得到的探測(cè)數(shù)據(jù)可靠率較低，不僅影響超前探水的工作效率，而且給礦井安全生產(chǎn)造成較大的安全隱患。

1 可靠性影響因素分析

1.1 現(xiàn)狀調(diào)查

高河礦探放水隊(duì)目前有4 個(gè)固定探測(cè)小組、1個(gè)臨時(shí)探測(cè)小組，對(duì)5 個(gè)小組近三個(gè)月的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可靠率最高為90.60%，最低為61.11%，平均為75.2%。對(duì)探測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)表1），可見(jiàn)，瞬變電磁響應(yīng)曲線波動(dòng)異常是瞬變電磁探測(cè)存在的主要問(wèn)題。

表1 近三個(gè)月瞬變電磁探測(cè)存在問(wèn)題

水害是煤礦五大災(zāi)害之一，發(fā)生突水事故往往給礦井造成巨大的損失，特別是在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，由于待掘區(qū)域地質(zhì)情況掌握不清楚，掘進(jìn)工作面前方可能存在含水地質(zhì)構(gòu)造、異常富水區(qū)等，嚴(yán)重影響掘進(jìn)作業(yè)安全。瞬變電磁[1-3]作為一種常用的超前探水方法，具有操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)迅速、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)。但是，高河礦在利用瞬變電磁進(jìn)行井下探測(cè)時(shí)，得到的探測(cè)數(shù)據(jù)可靠率較低，不僅影響超前探水的工作效率，而且給礦井安全生產(chǎn)造成較大的安全隱患。

1.2 原因分析

針對(duì)瞬變電測(cè)探測(cè)中瞬變電磁響應(yīng)曲線波動(dòng)異常的主要問(wèn)題，通過(guò)頭腦風(fēng)暴法進(jìn)行分析，結(jié)合可能存在的多種原因，形成原因分析因果圖如圖1。經(jīng)過(guò)分析得到影響瞬變電磁勘探中測(cè)量數(shù)據(jù)可靠率的末端因素[4-5]，迎頭錨桿、錨網(wǎng)、鐵軌等其他干擾源在測(cè)量中無(wú)法排除，為不可抗拒因素。因此，進(jìn)行要因確認(rèn)的末端因素主要有：人員專業(yè)素質(zhì)低、操作不規(guī)范、儀器測(cè)量誤差、未進(jìn)行重復(fù)測(cè)量控制、測(cè)點(diǎn)位置錯(cuò)誤、背景電磁噪聲干擾（停電）、金屬干擾和積水干擾等8 項(xiàng)。

圖1 原因分析因果圖

1.3 要因確認(rèn)

（1）人員專業(yè)技術(shù)問(wèn)題

從日常探測(cè)過(guò)程中可知，探放水隊(duì)測(cè)量人員對(duì)瞬變電磁探測(cè)原理、儀器操作規(guī)范、技術(shù)要求等掌握不牢固。由此，對(duì)探放水隊(duì)內(nèi)所有測(cè)量人員的相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)筆記和考試試卷進(jìn)行抽查，筆記和試卷考試分別抽查16 人，合格人數(shù)分別為2 人和6 人，合格率分別為12.5%和37.5%；抽查其中5 人的現(xiàn)場(chǎng)模擬操作，合格2 人，占比40%。三項(xiàng)合格率均較低。同時(shí)，按照培訓(xùn)是否合格，對(duì)近三個(gè)月小組5 名操作人員的可靠率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。由表2可知，培訓(xùn)合格小組測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠率遠(yuǎn)大于培訓(xùn)不合格小組，說(shuō)明操作人員專業(yè)技術(shù)的掌握情況對(duì)探測(cè)合格率影響較大。

表2 三個(gè)月內(nèi)不同培訓(xùn)情況的小組測(cè)量數(shù)據(jù)可靠率

（2）現(xiàn)場(chǎng)操作問(wèn)題

通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)操作人員對(duì)探放水工作的重視不夠，在現(xiàn)場(chǎng)不能嚴(yán)格按照瞬變電磁儀器操作規(guī)范進(jìn)行，雖然隊(duì)組建立有相關(guān)管理制度，但是執(zhí)行不嚴(yán)格，導(dǎo)致操作人員安全責(zé)任意識(shí)薄弱、現(xiàn)場(chǎng)操作不規(guī)范，這是影響探測(cè)可靠率的因素之一。

（3）儀器測(cè)量誤差問(wèn)題

電子探測(cè)儀器長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)一定程度的磨損，測(cè)量參數(shù)也會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏差，多次偏差的累計(jì)則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此需要定期對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)。目前探放水隊(duì)每周對(duì)現(xiàn)有兩臺(tái)本安型便攜式探水CT 儀YTS25 進(jìn)行一次檢查及維護(hù)保養(yǎng)，確保儀器時(shí)刻處于可靠、安全狀態(tài)。因此，此項(xiàng)非瞬變電磁可靠率的主要影響因素。

（4）是否進(jìn)行重復(fù)測(cè)量控制

重復(fù)測(cè)量控制可以相互校驗(yàn)，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是提高測(cè)量可靠性的重要方法。對(duì)近三個(gè)月瞬變電磁測(cè)量的工程點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測(cè)量總點(diǎn)數(shù)為457 個(gè)，其中重復(fù)測(cè)量點(diǎn)數(shù)為145 個(gè)，未重復(fù)測(cè)量點(diǎn)數(shù)312 個(gè)。未重復(fù)測(cè)量點(diǎn)數(shù)中的可靠點(diǎn)數(shù)為204 個(gè)，可靠率65.38%；重復(fù)測(cè)量點(diǎn)數(shù)可靠點(diǎn)數(shù)為140 個(gè)，占比96.55%?？梢?jiàn)，重復(fù)測(cè)量后可靠率大幅提升，而近三個(gè)月進(jìn)行過(guò)重復(fù)測(cè)量的比例僅為31.73%，故此項(xiàng)為重要影響因素。

（5）測(cè)點(diǎn)位置問(wèn)題

在瞬變電磁探放水技術(shù)措施中，對(duì)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行明確規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)需準(zhǔn)確找到測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)存在偏移時(shí)需進(jìn)行反饋，分析數(shù)據(jù)時(shí)予以更正，否則會(huì)造成測(cè)量誤差，從而降低測(cè)量可靠性。通過(guò)對(duì)近三個(gè)月井下瞬變電磁探測(cè)記錄和北斗精準(zhǔn)人員定位軌跡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在抽查的100 次結(jié)果中，所有人員軌跡都與測(cè)點(diǎn)位置重合，說(shuō)明測(cè)量人員在井下測(cè)量時(shí)處于正確的測(cè)點(diǎn)位置，此項(xiàng)非主要影響因素。

（6）背景電磁噪聲、金屬、積水干擾問(wèn)題

瞬變電磁探測(cè)是通過(guò)發(fā)射脈沖磁場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)中的感應(yīng)電流，在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體，因此電磁噪聲、金屬物體、積水等會(huì)嚴(yán)重影響其探測(cè)結(jié)果。采用控制變量法，排除背景電磁噪聲（停電）、金屬、積水其中的兩個(gè)干擾源，對(duì)另一個(gè)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)三種干擾源的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，均表現(xiàn)出：存在干擾源時(shí)，瞬變電磁測(cè)量曲線出現(xiàn)較大波動(dòng)；不存在干擾源時(shí)，測(cè)量曲線均呈現(xiàn)指數(shù)衰減。兩者之間的響應(yīng)曲線存在較大差異?？梢?jiàn)，背景電磁噪聲、金屬、積水干擾為重要影響因素。

2 可靠率提升措施

2.1 強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)

為提升測(cè)量人員的專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平，通過(guò)技術(shù)培訓(xùn)和比武提升技術(shù)水平。

（1）技術(shù)培訓(xùn)。由隊(duì)組技術(shù)員每周利用固定時(shí)間對(duì)測(cè)量人員進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，同時(shí)每年不少于兩次從科研院所聘請(qǐng)相關(guān)技術(shù)人員，對(duì)測(cè)量人員進(jìn)行全員理論和實(shí)操技術(shù)培訓(xùn)，并按照月度和季度對(duì)相關(guān)培訓(xùn)知識(shí)進(jìn)行考核，考核不合格不允許進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。

（2）實(shí)操比武。每月組織一次井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操比武，由隊(duì)組和地測(cè)科的三名技術(shù)專家對(duì)測(cè)量人員的現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行評(píng)分。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操比武評(píng)分結(jié)果，對(duì)第一、二名進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)最后一名進(jìn)行考核處罰，以此提升操作人員技術(shù)水平。

2.2 重復(fù)測(cè)量控制

重復(fù)測(cè)量可以相互驗(yàn)證，有效減小操作誤差。因此，調(diào)整探測(cè)技術(shù)措施，在進(jìn)行井下瞬變電磁探測(cè)時(shí)，每個(gè)工程點(diǎn)進(jìn)行2 次測(cè)量，并現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確記錄每次測(cè)量的地點(diǎn)、時(shí)間等信息；在測(cè)量時(shí)如遇事故（例如測(cè)量時(shí)被絆倒），測(cè)量數(shù)據(jù)可能發(fā)生突然變化時(shí)，應(yīng)重新回到測(cè)點(diǎn)上作重復(fù)觀測(cè)。此外，根據(jù)在同一測(cè)點(diǎn)多次測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，對(duì)每次得到瞬變電磁響應(yīng)曲線進(jìn)行分析，如測(cè)量數(shù)據(jù)差異較大，則應(yīng)再次安排測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量以校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.3 排除干擾源

目前高河礦探測(cè)地點(diǎn)存在的干擾源主要有背景電磁噪聲、金屬、積水。為保證探測(cè)質(zhì)量，排除干擾源對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，在進(jìn)行井下測(cè)量時(shí)應(yīng)做到以下兩點(diǎn)：

（1）探前準(zhǔn)備，排除電磁噪聲、金屬和積水干擾。在接到瞬變電磁勘探計(jì)劃后，收集測(cè)點(diǎn)工作面相關(guān)資料，并在測(cè)量前一天去檢查測(cè)點(diǎn)工作面的施工情況、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，提前一個(gè)班申請(qǐng)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)工作面停電，并將掘錨一體機(jī)或掘進(jìn)機(jī)、機(jī)械、鉆桿等移至測(cè)點(diǎn)20 m 范圍之外，同時(shí)利用水泵抽取測(cè)點(diǎn)積水。對(duì)于干擾源較多的區(qū)域，必須提前安排人員對(duì)探測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行清理，確保進(jìn)行探測(cè)的測(cè)點(diǎn)停電、無(wú)金屬干擾（除不可避免的金屬器件）、無(wú)積水。

（2）探時(shí)檢查，確保測(cè)點(diǎn)停電、無(wú)大型機(jī)械設(shè)備及積水影響。測(cè)量人員到達(dá)井下巷道后，同探測(cè)點(diǎn)相關(guān)隊(duì)組進(jìn)行對(duì)接，確認(rèn)探測(cè)點(diǎn)停電，檢查大型機(jī)械及金屬器件移出測(cè)點(diǎn)，同時(shí)確保積水排干，匯報(bào)值班室后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量。

3 效果分析

3.1 可靠率分析

對(duì)提升措施實(shí)施后三個(gè)月的瞬變電磁探測(cè)可靠率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與實(shí)施前三個(gè)月的可靠率進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)表3）。由表3 可知，提升措施實(shí)施后，瞬變電磁探測(cè)可靠率達(dá)到90.24%，相比之前提升約15%。

表3 提升措施實(shí)施前后瞬變電磁測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 主要問(wèn)題處理

采取提升措施后，探測(cè)存在問(wèn)題點(diǎn)數(shù)為45 個(gè)，詳細(xì)分析各存在的問(wèn)題數(shù)量占比（如圖2），瞬變電磁響應(yīng)曲線波動(dòng)異常問(wèn)題占比由實(shí)施前的20.13%下降到6.72%?？梢?jiàn)，提升措施實(shí)施后，影響瞬變電磁勘探中測(cè)量數(shù)據(jù)可靠率的主要問(wèn)題占比已明顯下降。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)礦井瞬變電磁測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到目前瞬變電磁存在的主要問(wèn)題為瞬變電磁響應(yīng)曲線波動(dòng)異常，并詳細(xì)分析其影響因素，認(rèn)為人員培訓(xùn)不到位、測(cè)點(diǎn)未進(jìn)行重復(fù)測(cè)量控制、背景電磁噪聲、金屬、積水干擾為其主要影響因素。

（2）建立完善的培訓(xùn)管理制度，對(duì)重點(diǎn)工程進(jìn)行重復(fù)測(cè)量控制，并通過(guò)做好探前準(zhǔn)備工作和探測(cè)過(guò)程檢查，排除背景電磁噪聲、金屬、積水等干擾，使瞬變電磁測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性提升了15%，達(dá)到90.24%，同時(shí)使瞬變電磁響應(yīng)曲線波動(dòng)異常的占比下降到6.72%。